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Auteur(s)
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Philippe COGNARD : Ingénieur de l’École supérieure de physique et de chimie industrielles de Paris - Directeur commercial à la société Bostik Findley - Expert près les tribunaux
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Lire l’articleINTRODUCTION
Jusqu’à la seconde Guerre mondiale, l’assemblage des matériaux s’effectuait principalement par des moyens mécaniques : boulons, vis, rivets, brasage (des métaux), couture (des cuirs et textiles). Seuls la fabrication de meubles et l’emballage faisaient un peu appel au collage.
C’est au cours de cette guerre que l’assemblage par collage a pris son essor. D’une part, le développement de nouveaux produits chimiques apportant de nouvelles propriétés d’adhérence, de durcissement nécessaire au contrôle de la prise des colles, de durabilité, entre autres, a permis d’adapter cette technique d’assemblage à d’autres applications. D’autre part, le collage a tiré partie du développement de l’industrie aéronautique en temps de guerre, les constructeurs américains et anglais commençant à utiliser cette technique pour la fabrication d’éléments de structure d’avions en grandes séries.
Le marché du collage s’est alors élargi aux autres secteurs industriels. Ainsi, le marché français des colles et adhésifs est passé de quelque 5 000 t /an en 1920 à 400 000 t /an en 2000.
L’objet de cet article est l’étude des mécanismes d’adhérence, des caractéristiques des produits, des règles générales de conception, les principaux types de colles, adhésifs et produits d’étanchéité destinés à l’assemblage solide et permanent des principaux matériaux structuraux ou semi-structuraux (métaux, matières plastiques, bois, verre, élastomères…).
Cet article constitue la première partie d’un ensemble consacré au collage des matériaux :
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— Collage des matériaux. Mécanismes. Classification des colles [BM 7 615] ;
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— Collage des matériaux. Caractéristiques et mise en œuvre des colles ;
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— Collage des matériaux. Pour en savoir plus .
Le collage des matériaux fait également l’objet de plusieurs articles spécialisés dans la collection des Techniques de l’Ingénieur auxquels le lecteur pourra se reporter.
L’abréviation CND est utilisée pour contrôle non destructif.
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4. Conception et calcul des joints collés
Différentes méthodes de calcul basées sur les diverses théories du collage existent pour calculer et dimensionner les assemblages collés. Elles font appel à des calculs et outils mathématiques complexes développés dans les ouvrages cités en bibliographie (cf. ).
Cependant, il existe plusieurs programmes informatiques faciles à mettre en œuvre (par des ingénieurs, des bureaux d’études…), qui ont été développés par des organismes techniques et scientifiques tels que le CETIM (Centre technique de l’industrie mécanique) en France, par des laboratoires et des universités européennes ayant un département Matériaux et collage (cf. ). On citera à titre d’exemple les logiciels CADIAC, CASTOR 3D du CETIM.
Ces logiciels permettent de calculer la répartition des contraintes dans des assemblages collés et s’appliquent aux configurations d’assemblages les plus couramment utilisées dans l’industrie.
Les méthodes de calcul sont issues des différentes approches analytiques théoriques publiées. Elles concernent les assemblages plans (à simple recouvrement sollicités en traction et à double recouvrement sollicités en traction ou cisaillement), les assemblages cylindriques sollicités en traction ou torsion.
Le comportement des adhésifs est assimilé à un comportement purement élastique et dans le cas des assemblages plans il peut aussi être assimilé à un comportement élasto-plastique.
Par l’utilisation de critères de rupture (contrainte ou déformation maximale admissible par l’adhésif), le logiciel déduit la force limite admissible par l’assemblage.
L’option dimensionnement du logiciel permet à l’utilisateur de voir rapidement l’influence des principaux paramètres sur la résistance de l’assemblage et de simuler diverses conformations des assemblages.
Ils permettent également d’optimiser la répartition des contraintes.
Les résultats sont visualisés à l’écran ou sur imprimante (ou table traçante pour les graphiques).
Une fonction d’aide permet à l’utilisateur de connaître les caractéristiques mécaniques des principaux matériaux ou adhésifs.
D’autres logiciels permettent de calculer des pièces, y compris de grandes dimensions.
Le logiciel PRESUR du CETIM permet de choisir la méthode de préparation de surface.
Enfin, le CETIM propose plusieurs banques de données sur les adhésifs...
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